武汉病毒所邓菲/龚鹏揭示荆门蜱虫病毒与黄病毒RNA聚合酶的结构差异

荆门病毒是近十年来在世界各地陆续被发现的一类分节段的正链RNA病毒，因其代表种荆门蜱虫病毒（Jingmen tick virus，JMTV）最早在湖北省荆门地区的一种微小扇头蜱样本中分离得到而得名。2018年至今，陆续在有发热头疼症状或有过被蜱虫叮咬经历的患者血液样本中检测到荆门病毒，其基因组特征亦趋于多样化，对人类健康具有现实和潜在的威胁，已引起国内外广泛关注。

基因组序列分析表明荆门病毒与黄病毒科黄病毒属的成员如登革病毒具有较近的亲缘关系，但与单节段的黄病毒基因组不同，荆门病毒的基因组分为多个节段，如 JMTV的基因组有4个节段，其中节段1和节段3分别编码非结构蛋白NSP1和NSP2，分别与黄病毒的两个非结构蛋白NS5和NS3具有同源性（图1A）。和黄病毒NS5类似，NSP1是N端甲基转移酶和C端依赖RNA的RNA聚合酶（RdRP）的融合蛋白，在病毒基因组复制和mRNA转录等过程中发挥核心作用，也是理想的抗病毒药物靶标。

中国科学院武汉病毒研究所邓菲研究员/沈姝青年研究员团队长期从事蜱虫携带和传播的病原资源挖掘和病原特性研究，该团队前期在云南省的微小扇头蜱样本中分离得到了一株JMTV（ Virologica Sinica 2021），通过与长期从事病毒RdRP研究的中国科学院武汉病毒研究所龚鹏研究员/吴继芹青年研究员团队合作，成功解析了分辨率为1.8埃的JMTV NSP1 RdRP区的晶体结构（图1B），通过与多种黄病毒RdRP的结构进行比较，发现两者氨基酸等同性虽较低（低于30%），但三维结构却高度相似，同样呈环绕式杯状右手形态（图1A），但整体相对于黄病毒RdRP更加紧凑（图1C）,且其甲基转移酶-RdRP连接区和基序B-基序C连接区的长度与形态与黄病毒科的代表性RdRP的对应区域均不同（图1D）。合作团队针对JMTV NSP1和黄病毒科的三种代表性RdRP（黄病毒属的登革病毒NS5、肝炎病毒属的丙型肝炎病毒NS5B和瘟病毒属的经典猪瘟病毒NS5B）开展了RdRP酶学性质的比较研究，发现在以二核苷酸和NTP来引发合成时，NSP1和丙型肝炎病毒NS5B类似，会产生长度为三个核苷（3 nt）的流产性产物，而这一现象在另外两种黄病毒科RdRP未被观测到（图2A）。此外，相对于黄病毒科的RdRP，NSP1更倾向于利用较短的引物（如二核苷酸）引发合成以及从模板末端（相对于从模板内部位点）引发合成，表现出非常严谨的引发调控模式（图2B）。通过比较全长形式的NSP1和登革病毒NS5及仅含RdRP的两种蛋白的酶学性质，发现 NSP1的甲基转移酶对RdRP 实现合成-延伸的转换可起到辅助作用，而登革病毒的甲基转移酶对该转换作用影响较小（图2C）。这项研究既为荆门病毒-黄病毒的亲缘关系提供了进一步的证据，也为研究这两类病毒的转录复制机制和发展抗病毒药物提供了重要基础。

相关论文近期以题目“A jingmenvirus RNA-dependent RNA polymerase structurally resembles the flavivirus counterpart but with different features at the initiation phase”发表在国际核酸生物学经典期刊Nucleic Acids Research上， 武汉病毒所博士研究生/博士后王欣雨为论文的第一作者，吴继芹青年研究员、邓菲研究员和龚鹏研究员为共同通讯作者，香港中文大学张柏恒助理教授参与了此项合作研究 。此项研究受到国家重点研发计划项目（2022YFC2303300）、国家自然科学基金项目（32070185、U20A20135、32000136）、中国科学院青年创新促进会项目（2022341）、湖北省自然科学基金创新研究群体项目（2022CFA021）等的支持。

论文及前续论文链接：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae042/7595400

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8379324/

图1.JMTV RdRP结构特征。A)登革病毒（DENV）与JMTV基因组结构对比图；B)分辨率为1.8埃的JMTV RdRP晶体结构；C)JMTV与DENV的RdRP三维结构对比图；D)JMTV与四种代表性黄病毒科RdRP的特征性亚结构对比图（上：N端延伸区与甲基转移酶-RdRP连接区；下：基序B-基序C连接区）。

图2.JMTV RdRP的特征性酶学性质。A)与登革病毒（DENV）NS5相比，JMTV NSP1在二核苷酸（P2）引发的合成中产生了明显的三核苷酸流产性产物（实心三角标记）；B)与黄病毒科的代表性RdRP相比，JMTV NSP1具有最强的末端引发倾向；C)荆门病毒NSP1的整体构象尚不明确（X-mode），但其甲基转移酶（MTase）在RdRP从合成引发阶段向延伸阶段转换过程中发挥辅助作用。